5 Архитектура сети радиодоступа
5.1. Архитектура системы
В этой главе дается широкий обзор архитектуры системы UMTS, включая ознакомление с логическими элементами сети и интерфейсами. СистемаUMTSиспользует ту же хорошо известную архитектуру, которая применяется во всех основных системах второго поколения и даже в некоторых системах первого поколения. В списке литературы даются спецификации, определенные проектом 3GPP.
Система UMTSсостоит из ряда логических элементов сети, каждый из которых выполняет определенные функции. В стандартах элементы сети определяются на логическом уровне, и это очень часто приводит к похожей физической реализации, особенно в силу того, что имеется несколько открытых интерфейсов (чтобы интерфейс был «открытым», существует требование, чтобы он был определен на уровне такой детализации, что оборудование в конечных точках может быть поставлено разными изготовителями). Элементы сети могут группироваться на основе близости выполняемых функций или на основе подсети, к которой они принадлежат.
По своим функциям элементы сети группируются в сеть радиодоступа (RAN,UMTSтерриториального уровня =UTRAN), которая оперирует всеми функциями, относящимися к радиосвязи, и в базовую сеть (CN), которая обеспечивает коммутацию и маршрутизацию вызовов и каналы передачи данных во внешние сети. Чтобы завершить систему, определяются оборудование пользователя (UE), которое взаимодействует с ним, и радиоинтерфейс (Uu). Архитектура системы высокого уровня показана на рис. 5.1.
С точки зрения спецификации и стандартизации, как UE, так иUTRANсодержат полностью новые протоколы, построение которых основано на потребностях новой технологии радиосвязиWCDMA. И наоборот, построениеCNвзято изGSM. Это дает системе с новой технологией радиосвязи глобальную базу из известной и испытанной технологииCN, что способствует ускорению ее внедрения и позволяет использовать такое замечательное преимущество, как глобальный роуминг.
Рис. 5.1. Архитектура системы UMTS высокого уровня.
Другим способом группирования элементов сети UMTSслужит деление их на подсети. СистемаUMTSявляется модульной в том смысле, что возможно иметь несколько элементов сети одного и того же типа. В принципе, минимальным требованием для того, чтобы сеть работала и обеспечивала все свои функциональные возможности, является наличие, по крайней мере, одного логического элемента сети каждого типа (отметим, что некоторые функции и, следовательно, некоторые элементы сети являются необязательными). Возможность иметь несколько объектов одного и того же типа позволяет делить системуUMTSна подсети, работающие либо самостоятельно, либо вместе с другими подсетями, и которые являются тождественными друг другу. Такая сеть называетсяUMTSPLMN(наземная мобильная сеть общего пользования). Обычно однаPLMNэксплуатируется одним оператором и соединяется с другимиPLMNsтакже, как и с другими типами сетей, например,ISDN,PSTN, Интернет и т.д. На рис. 5.2 показаны элементыPLMNи для того, чтобы проиллюстрировать внутренние соединения, – также и внешние сети.
Архитектура UTRANпредставлена в разделе 5.2. Краткие сведения о всех элементах приводятся ниже.
UEсостоит из двух частей:
Подвижное оборудование (ME) – радиотерминал, используемый для радиосвязи через интерфейсUu.
Модуль идентификации абонента UMTS(USIM), представляющий собой интеллектуальную плату, которая служит идентификатором абонента, выполняет алгоритм аутентификации и шифрования и некоторые данные об услугах, которыми имеет право пользоваться абонент, необходимые при пользовании терминалом.
Рис. 5.2. Элементы сети в PLMN.
UTRANтакже состоит из двух элементов:
Узел Bпреобразует поток данных между интерфейсамиIubиUu. Он также участвует в управлении радиоресурсами. (Отметим, что термин «Узел B» из соответствующих спецификаций 3GPP используется только в Главе 5. Более общий термин «Базовая станция» используется во всех остальных главах и означает то же самое)
Контроллер радиосети (RNC) владеет и управляет радиоресурсами в своей области (к ней подключены узлыB).RNС представляет собой точку доступа к сервису для всех услуг, которыеUTRANпредоставляетCN, например, управление соединениями сUE.
Основными элементами базовой сети GSM(есть другие элементы, не показанные на рис. 5.2, например, те, которые используются для обеспечения услугIN) являются следующие:
HLR(регистр домашнего местонахождения, по месту регистрации) – это база данных, помещаемая в домашнюю систему абонента, которая хранит в памяти основной экземпляр профиля обслуживания абонента. Профиль обслуживания содержит, например, информацию о предоставляемых ему услугах, запрещенных районов роуминга и дополнительную сервисную информацию, например, о возможности переключения телефонного вызова и номера телефона, на который производится переадресация. Профиль обслуживания создается, когда новый абонент прописывается в системе, и остается в памяти до тех пор, пока сохраняется эта прописка. Для маршрутизации входящих сообщений кUE(т.е. вызовов или коротких сообщений)HLRтакже записывает данные о местоположенииUEна уровнеMSC/VLR(узла по обеспечению услуг и/илиSGSN), т. е. на уровне системы обслуживания.
MSC/VLR– это коммутатор (MSC) и база данных (VLR), которые предоставляют услуги по текущему местоположениюUEпо коммутации каналов (CS). ФункцияMSCиспользуется для коммутации сообщенийCS, и функцияVLRсохраняет экземпляр профиля обслуживания гостевого пользователя, а также более точную информацию о местоположенииUEв системе обслуживания. Часть сети, к которой обеспечивается доступ черезMSC/VLR, часто называют областью обслуживанияCS.
GMSC(шлюзовойMSC) – это коммутатор в точке, гдеUMTSPLMNсоединяются с внешними сетямиCS. Все входящие и исходящие соединенияCSпроходят черезGMSC.
Функции SGSN(узла по обеспечению услугGPRS) подобны функциямMSC/VLR, но обычно используются для услуг с коммутацией пакетов (PS). Часть сети, к которой обеспечивается доступ черезMSC/VLR, часто называют областью обслуживанияCS.
GGSN(узел по обеспечению межсетевого переходаGPRS) функционально близок кGMSC, но связан с предоставлением услугPS.
Внешние сети можно разделить на две группы:
Сети CS. Они обеспечивают соединения с коммутацией каналов, как это имеет место в существующей в настоящее время телефонной связи.
Сети PS. Они обеспечивают соединения с коммутацией пакетов данных. Одним из примеров сетиPSслужит Интернет.
Стандарты UMTSпостроены таким образом, что функции внутри элементов сети подробно не определяются. Вместо этого определены интерфейсы между логическими элементами сети. Определены следующие основные открытые интерфейсы:
Интерфейс Cu. Это электрический интерфейс между интеллектуальной платой (смарт-карточкой)USIM(модуля идентификации абонента сетиUMTS) иME. Интерфейс удовлетворяет формату стандарта для смарт-карточек.
Интерфейс Uu. Это радиоинтерфейсWCDMA, который служит предметом рассмотрения в данной книге. ИнтерфейсUu– это интерфейс, через которыйUEполучает доступ к стационарной части системы, и поэтому, возможно самый важный интерфейс вUMTS. Представляется, что изготовителейUEбудет гораздо больше, чем изготовителей элементов стационарной сети.
Интерфейс Iu. Он соединяетUTRANсCNи подробно рассматривается в разделе 5.4. Подобно соответствующим интерфейсам вGSM,A(для коммутации каналов) иGb(для коммутации пакетов), открытый интерфейсIuдает операторамUMTSвозможность производить закупкуUTRANиCNу разных производителей. Создание конкуренции в этой области явилось одним из факторов, обусловивших успехGSM.
Интерфейс Iur. Открытый интерфейсIurпозволяет осуществлять мягкий хэндовер междуRNCsот различных производителей, и поэтому он дополняет открытый интерфейсIu. Более подробно интерфейсIurописывается в разделе 5.5.1.
Интерфейс Iub.Iubсоединяет узелBиRNC.UMTSявляется первой коммерческой системой подвижной телефонной связи, где интерфейс контроллер-базовая станция стандартизован как полностью открытый интерфейс. Ожидается, что подобно другим открытым интерфейсам, открытый интерфейсIubбудет стимулировать конкуренцию между производителями оборудования в этой области. Вероятно, что на рынке появятся новые производители, сосредоточивающие усилия исключительно на изготовлении узловB.